一種upfc阻尼控制的定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種UPF邱且尼控制的定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)是迄今為止功能最為強大的FACTS裝置，其主要由一臺激 勵變壓器化xcitation TransformerJT)、一臺增壓變壓器（Boosting TransformerJT)、2 個S相電壓源逆變器(Vol化ge Source Converter,VSC)和一個直流連接電容器組成，其結(jié) 構(gòu)如圖1所示。mE，mB和Se，Sb分別為并聯(lián)電壓源逆變器和串聯(lián)電壓源逆變器的幅值調(diào)值比率 和相位角，作為UPFC的控制信號輸入，通過一定的控制策略分別完成潮流控制、電壓調(diào)節(jié)等 不同功能。UPFC每個控制回路都可裝設(shè)附加阻尼控制器來抑制弱阻尼模態(tài)，運一特性為選 擇附加阻尼控制器回路提供了極大的靈活性，但同時阻尼信號也會極大影響穩(wěn)定控制的效 果。因此，穩(wěn)定控制器理想阻尼信號的選擇，是一個十分值得研究的問題。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，對于選擇和分析UPFC穩(wěn)定控制器反饋信號通常使用的是源于現(xiàn)代控 制理論的分析方法(MA:model analysis),因為它適合于大型系統(tǒng)計算和分析，編程簡單， 且利于軟件的開發(fā)。其中用于分析UPF邱且尼控制定位對系統(tǒng)小干擾下振蕩穩(wěn)定性的影響主 要是通過計算模態(tài)可控性指標、可觀性指標和它們的乘積(殘差）進行的。然后由殘差Ri計 算的模態(tài)分析給出的只是UPFC穩(wěn)定控制器與指定機電振蕩模態(tài)的數(shù)學(xué)關(guān)系，它實際上是一 種黑箱方法。運種模態(tài)分析不能表達指標的來源、分配和傳遞的物理過程，即不能清晰地表 示電力系統(tǒng)的物理過程，所W運種模態(tài)分析對于分析探索UPF邱且尼控制信號的選擇，常常 較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種UPF邱且尼控制的定位方法，依據(jù)全系 統(tǒng)線性化模型，應(yīng)用分解阻尼轉(zhuǎn)矩分析法(DTA)進行UPFC穩(wěn)定控制器的定位，使得DTA計算 的結(jié)果與控制器向電力系統(tǒng)中發(fā)電機提供的阻尼轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機對指定機電振蕩模態(tài)的參 與性(靈敏度)聯(lián)系起來，物理意義更清晰。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種UPF邱且尼控制的定位方法，包括如下步 驟：
[0006] (1)收集數(shù)據(jù);收集發(fā)電機內(nèi)部電抗數(shù)據(jù)、勵磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過收據(jù)采集和監(jiān)控系 統(tǒng)SCADA系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)EMS獲得電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)；
[0007] (2)計算包含UPFC的開環(huán)系統(tǒng)線性化矩陣；
[0009] 式中，A郵，A Se, A me，A Sb為線性化后的UPFC輸入控制信號，S為發(fā)電機功角狀態(tài) 變量向量，W為發(fā)電機轉(zhuǎn)速狀態(tài)變量向量，Eq為勵磁電流空載電動勢，Efd為發(fā)電機勵磁電 壓，Vdc為UPFC直流電容電壓；A為線性化算子，變量加點為微分算子;M為發(fā)電機慣性常數(shù)對 角矩陣，Ka與Ta分別是自動電壓調(diào)節(jié)器的增益和時間常數(shù)，do為勵磁繞組時間常數(shù);Ki~K9 與Kpd、Kqd、Kvd、Kpe、Kpde、Kpb、Kpdb、Kve、Kvde、Kvde、Kqb、Kqdb、Kvb、Kvdb為線性化系數(shù)；
[0010] 將(1)式中的有關(guān)系數(shù)寫成如下向量
[0023] (4)計算前向通道函數(shù)&(s);根據(jù)狀態(tài)方程，控制信號A U到發(fā)電機機電振蕩環(huán)節(jié) 的前向通道函數(shù)為：
[0024] Bj(s)=A23(sI-A33廠 1B3+B2 (6)
[0025] (5)計算阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)Du;UPF邱且尼控制器針對第i個振蕩模態(tài)向系統(tǒng)中第j臺發(fā) 電機提供的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)化J為：
[0026]Dij=M^(、）Yj(、)G(、）]，j = l，2，...N(7)
[0027]若定義，巧,作=.M[公M)/, W )]，j = 1，2，一N (8)，則式(7)可表示為：
[002引 Dg =H,,Z中,,G(入i)，j = LL…N {9)
[0029] 其中，M為發(fā)電機慣性常數(shù)對角矩陣；
[0030] (6)計算重構(gòu)系數(shù)丫 ;根據(jù)線性控制理論，輸出信號y是狀態(tài)變量的組合，即 有：
[0031] Y= 丫 j(s)A〇j,j = l,2,...N (10)
[0032] 其中，丫 為控制器輸入反饋信號用各臺發(fā)電機轉(zhuǎn)速狀態(tài)變量重構(gòu)的重構(gòu)系 數(shù)；
[0033] (7)計算發(fā)電機靈敏度Su;定義模態(tài)、對第j臺發(fā)電機轉(zhuǎn)矩Tdu的靈敏度參數(shù)來衡 量影響轉(zhuǎn)矩對模態(tài)的影響程度為SiJ:
[0035] (8)計算DTA指標/;:系統(tǒng)第i個振蕩模態(tài)可表示為：
[0037]根據(jù)式（16)，上式進一步化簡為：
[0039]運表明UPFC控制器通過兩種渠道向第i個振蕩模態(tài)提供阻尼，首先通過各個機組 振蕩模態(tài)的參與性Su對模態(tài)的阻尼起作用;還通過馬Z瑪對各個機組的機電振蕩提供阻尼 轉(zhuǎn)矩，因此DTA指標可定義為：
[0041] (9)選擇UPF邱且尼控制器反饋通道;通過輸出步驟(7)中得到的DTA指標寫。并比較 其大小即可選擇出UPF邱且尼控制器反饋通道。
[0042] 優(yōu)選的，步驟(6)中計算重構(gòu)系數(shù)的方法如下:根據(jù)線性控制理論得，
[00創(chuàng) 乂 =至幻,川） f二1
[0044]其中，m為狀態(tài)變量的總個數(shù)，a功狀態(tài)量初值，則輸出變量：
[0046] 而狀態(tài)變量：
[004引因此可W得到：
[0050] 假設(shè)只針對第i個振蕩模態(tài)，則可W選取初值使得aj = 〇，（j = l，2. . + ...m)，則上式又可寫為：
[0052] 其中Vi為相應(yīng)于Ai的右特征向量，vi2j為Vi中對應(yīng)于A Oj的分量，j為第j臺發(fā)電 機。
[0053] 本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的UPF邱且尼控制的定位方法，能夠具體的給出控制 器影響指定的電力系統(tǒng)機電振蕩模態(tài)的過程，從而為選擇控制器穩(wěn)定信號提供物理意義方 面清晰的指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0054] 圖1是本發(fā)明的統(tǒng)一潮流控制器UPFC的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055] 圖2是本發(fā)明的裝有UPFC多機系統(tǒng)線性化化illips-Hef打on模型示意圖。
[0056] 圖3是本發(fā)明的UPF邱且尼控制器傳遞函數(shù)框圖。
[0057] 圖4是本發(fā)明的模態(tài)分析分解式的物理意義示意圖。
[0058] 圖5是本發(fā)明的裝有UPFC及其阻尼控制器的簡單四機二區(qū)域電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0059] 圖6(a)、圖6(b)、圖6(c)、圖6(d)是本發(fā)明的DTA指標計算結(jié)果物理意義示意圖；圖 6(a)在調(diào)制信號A me上附加阻尼控制信號；圖6(b)在調(diào)制信號A mb上附加阻尼控制信號；圖 6(c)在調(diào)制信號A 5。上附加阻尼控制信號；圖6(d)在調(diào)制信號A Sb上附加阻尼控制信號。
[0060] 圖7是本發(fā)明的阻尼穩(wěn)定器對模態(tài)的傳遞單向通道示意圖。
[0061] 圖8是本發(fā)明的調(diào)制通道選擇仿真的結(jié)果。
【具體實施方式】
[0062] 如圖所示，一種UPF邱且尼控制的定位方法，包括如下步驟：
[0063] (1)收集數(shù)據(jù);收集發(fā)電機內(nèi)部電抗數(shù)據(jù)、勵磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過收據(jù)采集和監(jiān)控系 統(tǒng)SCADA系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)EMS獲得電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)；
[0064] (2)計算包含UPFC的開環(huán)系統(tǒng)線性化矩陣；
[0066] 式中，A郵，A Se, A me，A Sb為線性化后的UPFC輸入控制信號，S為發(fā)電機功角狀態(tài) 變量向量，W為發(fā)電機轉(zhuǎn)速狀態(tài)變量向量，Eq為勵磁電流空載電動勢，Efd為發(fā)電機勵磁電 壓，Vdc為UPFC直流電容電壓；A為線性化算子，變量加點為微分算子;M為發(fā)電機慣性常數(shù)對 角矩陣，Ka與Ta分別是自動電壓調(diào)節(jié)器的增益和時間常數(shù)，do為勵磁繞組時間常數(shù);Ki~K9 與Kpd、Kqd、Kvd、Kpe、Kpde、Kpb、Kpdb、Kve、Kvde、Kvde、Kqb、Kqdb、Kvb、Kvdb為線性化系數(shù)；
[0067] 將(1)式中的有關(guān)系數(shù)寫成如下向量
[006引如圖2所示，為式(1)所示線性化模型的傳遞函數(shù)框圖；
[0069]將(1)用分塊矩陣表示，則進一步寫為：
[0071] 式中，CO 〇1為對角陣，CO 0為額定角速度;S為發(fā)電機功角狀態(tài)變量向量，O為發(fā)電機 轉(zhuǎn)速狀態(tài)變量向，U為控制器輸出信號，j為發(fā)電機個數(shù);A21，A22，A23，Asi，A32，A33，B2，B3為上述 公式中的分塊矩陣;Z為除了功角和轉(zhuǎn)速之外的發(fā)電機狀態(tài)變量，還包括UPFC自身的狀態(tài)變 量(不包括附加阻尼控制器的狀態(tài)變量）；
[0072] (3)計算全系統(tǒng)線性化模型;假設(shè)阻尼控制器傳遞函數(shù)為G(S)，貝。
[0075] 式中，y為輸出變量，C為狀態(tài)變量到反饋量y的傳遞函數(shù)；
[0076] 聯(lián)立式(3)和(4)即可得到全系統(tǒng)線性化方程：
[0077] = +
[007引 （5)
[0079] Ay = CAX
[0080] 其中，X為系統(tǒng)狀態(tài)變量，A為系統(tǒng)線性化矩陣，B為控制矩陣，C為輸出矩陣；
[0081] (4)計算前向通道函數(shù)町（S);根據(jù)狀態(tài)方程，可得傳遞函數(shù)框圖如圖3所示，控制 信號A U到發(fā)電機機電振蕩環(huán)節(jié)的前向通道函數(shù)為：
[0082] Bj(s)=A23(sI-A33廠 1B3+B2 (6)
[0083] (5)計算阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)Du;UPF邱且尼控制器針對第i個振蕩模態(tài)向系統(tǒng)中第j臺發(fā) 電機提供的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)化J為：